KR101969198B1 - 다이버시티 애플리케이션을 위한 상관성 관리를 이용한 모달 안테나 - Google Patents

다이버시티 애플리케이션을 위한 상관성 관리를 이용한 모달 안테나 Download PDF

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Abstract

다이버시티 및 유사한 방식에 사용하기 위한 모달 안테나를 포함하는 안테나 시스템은, 별개의 방사 패턴이 각각의 안테나 모드에 존재하는 다수의 안테나 모드가 가능한 모달 안테나, 및 안테나 모드의 변경을 지시하기 위한 제어 신호를 포함한다. 모달 다이버시티 안테나를 설계하기 위한 방법이 추가로 개시된다.

Description

다이버시티 애플리케이션을 위한 상관성 관리를 이용한 모달 안테나{MODAL ANTENNA WITH CORRELATION MANAGEMENT FOR DIVERSITY APPLICATIONS}
본 출원은 일반적으로 무선 통신의 분야에 관한 것이다. 특히, 본 출원은 다이버시티 애플리케이션에 적합한 모달 안테나, 및 동일하거나 상이한 위치로부터 2개 이상의 방사 패턴을 요구하는 다이버시티 또는 다른 방식을 위한 모달 안테나를 설계하기 위한 방법에 관한 것이다.
새로운 세대의 핸드셋 및 기타 무선 통신 장치가 작아지고 내장되는 애플리케이션(모바일 인터넷 브라우징, 소프트웨어 다운로드 등)이 증가함에 따라, 이러한 장치들의 본질적인 한계를 해결하고 새로운 기능을 활성화하기 위해 새로운 안테나 디자인이 요구된다. 고전적인 안테나 구조에서는, 소정의 물리적 볼륨이 특정 주파수에서 그리고 특정 대역폭의 공진 안테나 구조를 제조하는데 필요하다. 다중-대역 애플리케이션에서, 이러한 공진 안테나 구조가 하나보다 많이 요구될 수 있다. 그러나, 이러한 복잡한 안테나 어레이의 효과적인 구현은 모바일 기기와 관련된 크기 제한으로 인해 엄두를 낼 수가 없다.
2008년 3월 5일에 출원되고, 그 전체 내용이 본원에 참고로 인용된 "안테나 빔 방향을 스티어링하기 위한 안테나 및 방법"이라는 제하의 공동 소유 미국 특허 출원 번호 12/043,090호에 기재된 바와 같이, 당해 분야의 최근 개발은 안테나 방사 특성의 스티어링에 대비하였다.
최근 "빔 스티어링 안테나"는, 무선 장치가 신호 수신이 거의 없거나 아주 없는 위치, 다르게는 "널(null)" 또는 "널 필드(null field)"로서 당 업계에 알려진 위치에 들어갈 수 있는 상황을 보정하기 위한 애플리케이션쪽으로 진화해왔다. 장치가 널로 들어가면, 빔 스티어링 메커니즘은 사용 가능한 상태 또는 모드로 안테나 방사 특성을 스티어링하도록 활성화한다. 따라서, 이들 "널 스티어링 안테나"는 최근, 이들 안테나가 다양한 동작 모드를 제공한다는 사실로 인해, "활성 모달 안테나" 또는 단순히 "모달 안테나"로 지칭되어 왔는데, 여기서 별개의 방사 패턴이 모달 안테나의 각각의 안테나 모드마다 존재한다. 안테나 모드는 상이할 수 있고, 상이한 방사 형태를 나타낼 뿐만 아니라, 방사 패턴 특성에서 좀 더 정연하고 연속적인 변화를 나타내도록 구성될 수도 있다.
본 발명을 좀 더 이해하기 위해서, 본 분야의 숙련자는 안테나 다이버시티 방식들에 익숙해야 한다. 종래 기술에서, 안테나 다이버시티는 일반적으로, 무선 통신 링크의 품질 및 신뢰성을 개선하기 위한 노력으로 2개 이상의 안테나 방사체를 이용한다. 종종, 특히 실내 및 도시 협곡(urban canyons)에서, 송신기와 수신기 사이의 가시선(line of sight)은 벽과 다른 물체 등의 장애물로 포화된다. 각각의 신호 바운스는, 궁극적으로 수신 안테나에서 간섭하게 되는 위상 시프트, 시간 지연, 감쇠 및 왜곡을 야기할 수 있다. 따라서, 무선 링크에서의 상쇄 간섭은 종종 문제가 되고 성능의 저감을 야기한다.
안테나 다이버시티 방식은 다수의 안테나를 수신기에 제공함으로써 다중 경로 환경으로부터의 간섭을 완화하고, 따라서 다수의 신호 관점을 완화할 수 있다. 다이버시티 방식 내에서의 다수의 안테나 각각은 별개의 간섭 특성을 경험한다. 따라서, 제1 안테나가 널을 경험할 수 있는 물리적 위치에서 제2 안테나는 유효 신호를 수신할 가능성이 있다. 종합적으로, 다이버시티 방식은 강건한 링크를 제공한다.
안테나 다이버시티는 일반적으로 다음과 같은 여러 형태로 구현될 수 있다: 공간 다이버시티; 패턴 다이버시티; 편광 다이버시티; 및 송/수신 다이버시티. 각각의 형태는 별개이지만, 많은 안테나 시스템이 다양한 형태에 따라 설계될 수 있다.
공간 다이버시티는 일반적으로 유사한 특성을 갖는 다수의 안테나 방사체를 포함한다. 다수의 안테나는 물리적으로 서로 이격되어 있다. 제1 안테나가 신호 수신의 상당한 감소, 즉 널(null)을 경험할 수 있는 경우, 제2 안테나는 수신기에 사용하도록 적응된다.
패턴 다이버시티는 일반적으로, 별개의 방사 패턴을 가진 2개 이상의 동일 위치(co-located)의 안테나를 포함한다. 이러한 기술은, 일반적으로 짧은 간격만큼 분리되는 다이렉티브(directive) 안테나를 이용한다. 종합적으로, 이들 동일 위치의 안테나는 각도 공간의 상당 부분을 판별할 수 있고, 무-지향성 안테나 소자에 대해 상대적으로 높은 이득을 추가적으로 제공할 수 있다.
편광 다이버시티는 일반적으로 직교 편광의 페어링 안테나를 포함한다. 반사된 신호들은 이들이 진행하는 매체에 따라 편광 변화를 겪을 수 있다. 2개의 상보 편광을 페어링함으로써, 이러한 방식이 신호 페이드를 야기할 수 있는 편광 불일치로부터 시스템을 면역시킬 수 있다.
송/수신기 다이버시티는 일반적으로 송신 및 수신 양쪽 기능을 위한 다이버시티를 제공하는 능력을 포함한다. 송신 다이버시티의 구현은, 링크 성능에 관한 통신 링크의 기지국 또는 단부 측으로부터의 입력에 대한 필요성으로 인해 더 문제가 될 수 있다.
상술한 다이버시티 방식들의 각각은, 스위칭, 선택 및 결합과 같이, 안테나 다이버시티를 유효하게 하기 위한 하나 이상의 처리 기술을 요구한다. 스위칭은, 신호 레벨이 임계 레벨 아래로 페이드할 때까지 제1 안테나로부터 신호를 수신하는 단계를 일반적으로 포함하고, 신호 레벨이 임계 레벨 아래로 페이드하는 시점에 스위치가 수신기와 통신하기 위해 제2 안테나 방사체와 맞물리는, 최상의 전력 효율적인 처리 기술이다. 선택은, 수신기에 단일 안테나 신호를 제공하는 처리 기술이지만; 그러나, 상기 선택 프로세스는 수신기에 의해 이용될 이상적인 신호를 결정하기 위한 신호 대 잡음 비(SNR)의 모니터링 또는 유사한 정량화를 필요로 한다. 결합은, 다수의 신호들 각각이 가중되고 수신기와 통신하기 위한 출력 신호로 결합되는 처리 기술이다. 이들 기술이 수신을 위해 설명되었지만, 그와 유사한 기술들이 송신 기능을 위해 가능하다. 또한, 이들 기술의 조합이 동적 다이버시티 제어를 위해 가능하다.
종래의 안테나 다이버시티 방식의 예는 도 1(a-b)에서 인식될 수 있다. 도 1a는 최소 평균 제곱 오차(MMSE) 결합 기술을 설명하는 2개의 수신 체인(2개의 방사체)을 갖는 아키텍처를 도시한다. 여기서, 신호는 각 경로에서 가중되고 결합된 전압 간의 최소 평균 제곱을 제공하도록 선택된다. 또는, 도 1b는 최대 비율 결합(MRC) 처리를 위한 2개의 방사체를 갖는 안테나 아키텍처를 도시한다. 여기서, 각각의 수신 신호에 가중치가 적용된다.
상술한 안테나 다이버시티 방식은 강건한 신호 링크를 제공하기 위해 구현될 수 있지만, 이들 현재의 다이버시티 아키텍처와 관련된 단점이 존재한다. 예를 들어, 사이즈의 제약이 다수의 안테나 방사체로 크게 제한될 수 있고 통신 장치의 주변 전자 기기와의 커플링이 안테나 시스템 디자인에 공통적인 문제이다. 또한, 전력 제한 및 효율성은, 여러 경로가 급전되는 많은 경우에 문제가 될 수 있다. 3개 이상의 수신 다이버시티 또는 송신 다이버시티 안테나들의 구현은, 안테나와 전송 라인에 필요한 회로 기판 면적뿐만 아니라 추가 안테나에 필요한 볼륨과 관련된 문제를 증폭시킬 뿐이다. 수신기는 추가적인 수신 포트가 더 많은 수의 안테나를 수용할 수 있도록 구현됨에 따라 더 복잡해진다.
이 기술 분야에서는 아직 단일 안테나로 구성된 다이버시티 안테나 방식이 제안되지 않았다. 실제로, 종래의 다이버시티 아키텍처는 2개 이상의 안테나 방사체가 필요하다. 활성 모달 안테나의 출현으로, 본 출원인은 다이버시티를 위한 단일 안테나 방식 및 관련 애플리케이션을 본원에 개시하며, 그에 의하여 특히, 소형의 무선 장치를 가능하게 하기 위해 크기가 상당히 감소한 강건한 안테나를 제공한다.
본원에 기재된 바와 같은 다이버시티 애플리케이션을 위한 멀티-모드 안테나는 회로 기판 상의 면적뿐만 아니라 무선 장치 내의 볼륨을 제공하기 위해 단일 안테나와 전송 라인 경로를 제공한다. 이러한 다이버시티 방식에는, 좀 더 전통적인 다이버시티 기술을 구현하는 데 필요한 2개 이상의 수신기 포트에 비해, 단일 수신기 포트가 사용될 수 있다. 이러한 단일 멀티-모드 구조는 단일 안테나로부터 다수의 방사 모드를 생성할 수 있다. 단일 안테나 다이버시티 방식으로, 안테나는 SAR(Specific Absorption Rate: 전자파 흡수율)을 고려하여 좀 더 최적으로 위치할 수 있다. 복수의 방사 패턴을 야기하는 다수의 모드를 생성할 수 있는 능력은, 휴대폰 애플리케이션의 경우, 사용자의 머리 가까이에 또는 손에 있을 때 안테나 성능을 향상시키는 방법을 제공한다. 이들 모달 다이버시티 안테나는 유사하게 액세스 포인트 및 다른 무선 장치에서 구현될 수 있다. 스루풋 성능은 생성된 2개 이상의 모드들 사이에서 포락선 상관 계수(ECC; envelope correlation coefficient)를 최적화함으로써 개선될 수 있다.
본 발명의 한 측면에서, 안테나가 단일 주파수 대역에서의 다이버시티 동작을 위해 적응된다. 안테나는 일반적으로, 회로 기판 위에 배치되고 그와의 사이에 안테나 볼륨을 형성하는 방사 구조를 포함한다. 제1 기생 소자가 안테나 볼륨 내에 배치되고 방사 구조에 반응적으로 결합하도록 적응된다. 제1 기생 소자는 또한, 안테나 방사체와의 반응성 결합을 변화시킴으로써 방사체의 주파수 응답을 조정하기 위해 제1 능동 소자와 결합된다. 제2 기생 소자가 또한 제공되고 안테나의 볼륨 외부에 및 방사 구조에 인접하여 배치된다. 제2 기생 소자는 또한, 그에 대한 전류 모드를 변화시키기 위해 제2 능동 소자와 결합되어 있다.
안테나는 2개 이상의 안테나 모드들 사이에서 작동하도록 구성된다. 제1 안테나 모드에서, 제2 기생 소자는 개방 상태이고; 즉, 접지에 접속되지 않는다. 안테나의 제1 안테나 모드에서, 안테나 방사체는 주파수에서 및 방사 패턴에 대한 변경시에 무시할 수 있을 정도의 디-튜닝(de-tuning)을 경험하게 된다. 제2 안테나 모드에서, 제2 기생 소자는 단락되고; 즉, 접지에 접속된다. 단락된 기생 소자는 안테나로부터 스플릿-공진 주파수 응답을 생성한다. 결합하여, 제2 기생 소자는 스플릿 주파수 응답을 생성하도록 적응되고, 제1 기생 소자는 더 높은 공진 주파수를 시프트시키도록 적응되므로, 안테나는 각각의 안테나 모드에서 목표 주파수에서 동작하도록 적응된다. 제2 안테나 모드에서의 안테나의 보다 높은 공진 주파수는 별개의 방사 패턴을 발생시킨다. 따라서, 안테나를 제2 안테나 모드에 두는 것의 관찰할 수 있는 효과는, 제2 기생 소자가 개방 상태로부터 단락 상태로 전이될 때 널 위치에서의 시프트를 포함한다. 이와 관련하여, 단일 방사 구조를 갖는 안테나 시스템은, 원하는 주파수 대역에서 다이버시티 동작을 할 수 있고 무선 플랫폼에 걸쳐서 강건한 링크를 제공한다.
실질적인 의미에서, 본원에 기재된 다이버시티 안테나는, 셀룰러 폰, 휴대용 전자 기기, 액세스 포인트, 랩탑, 패드 장치 등과 같은 무선 통신 장치에 통합될 수 있다. 이들 안테나는, 수신 다이버시티; 송신 다이버시티; 및 송신 및 수신 다이버시티와 같은 하나 이상의 다이버시티 애플리케이션을 위해 구성될 수 있는데; 상기 안테나의 널 스티어링 기능이 단일 방사체 구조 위에서 다이버시티 애플리케이션을 가능하게 한다. 이와 관련하여, 공간 및 에너지의 보존과 같은 이점은 저비용 및 고성능 무선 솔루션으로 해석된다. 또한, 상관 계수는 주파수의 함수로서 최적화하기 위해 동적으로 변화될 수 있다. 상관 계수는 장치가 여러 사용 사례에서 사용됨에 따라, 무선 장치의 손과 머리 로딩의 영향을 보상하기 위해 조정될 수 있다.
한 실시 형태에서, 안테나는 회로 기판 위에 배치되고 그와의 사이에 안테나 볼륨을 형성하는 방사 구조를 포함한다. 제1 기생 소자가 안테나 볼륨 내에 위치하고, 안테나가 원하는 주파수 대역에서 동작하도록 조정된 리액턴스를 제공하도록 구성된다. 제2 기생 소자가 안테나 볼륨 외부에 및 이에 인접하여 위치한다. 제2 기생 소자는 방사 구조의 스플릿-공진 주파수 응답을 유도하도록 적응된다. 제1 기생 소자 및 제2 기생 소자는 각각 공통 능동 소자에 접속된다. 제1 상태에서, 상기 능동 소자는 제2 기생 소자를 제1 안테나 모드에 유지하는데, 여기에서 상기 안테나는 원하는 주파수 대역에서 동작하도록 적응된다. 제2 상태에서, 상기 능동 소자는 제2 기생 소자를 단락시켜, 안테나 방사체의 스플릿-주파수 응답을 유도한다. 또한, 제1 기생 소자는 안테나의 주파수 응답을 시프트하기 위해 안테나 방사체에 결합되어, 제2 안테나 모드에서의 안테나의 공진 주파수 중 하나가 원하는 주파수 대역에서 동작하도록 조정된다. 이와 관련하여, 안테나는 2개 이상의 안테나 모드들의 각각에 있어서 원하는 주파수 대역에서 작동한다. 또한, 제2 모드는 별개의 방사 패턴을 제공하여, 안테나의 널 스티어링을 위한 메커니즘을 제공한다.
대안적으로, 기생 소자들의 각각은 별개의 능동 소자에 부착될 수 있다. 본원의 각각의 실시 형태에서, 능동 소자는 다음 중 하나 이상을 포함할 수 있다: 전압 제어 가변 커패시터 또는 인덕터, 전압 제어 가변 위상 시프터, FET 및 스위치....
또 다른 실시 형태에서, 수신 다이버시티 아키텍처가 제공되고; 안테나는 회로 기판 위에 위치하고 그와의 사이에 안테나 볼륨을 형성하는 방사 구조를 포함한다. 제1 기생 소자가 안테나 볼륨 내에 위치한다. 제2 기생 소자가 안테나 볼륨의 외부에 및 안테나 방사체에 인접하여 위치한다. 이러한 아키텍처는 널-스티어링 안테나로 지칭될 수 있다. 널-스티어링 안테나는 듀플렉서에 접속되고, 듀플렉서는 수신기 및 송신기와 통신한다. 기저 대역 제어 신호가 상기 안테나에 제공된다. 상기 기저 대역은 안테나 시스템에 포함된 하나 이상의 능동 소자의 동작에 영향을 끼친다. 상술한 바와 같이, 단일 능동 소자가 제1 및 제2 기생 소자들 모두를 제어할 수 있고; 또는 대안적으로, 2개 이상의 능동 소자가 제공되고 이 능동 소자 중 적어도 하나가 기생 소자들의 각각에 개별적으로 부착될 수 있다. 이와 관련하여, 안테나 모드는, 모달 안테나와 결합하여 기저 대역 신호를 사용하여 능동적으로 제어될 수 있다.
기생 소자들의 각각은 개별적으로 안테나 방사체에 평행하게 위치하고, 또는 이와 관련하여 임의의 각도로 오프셋될 수 있다. 기생 소자는 서로 평행하게 위치하고, 또는 이와 관련하여 임의의 방향에 있을 수 있다. 제2 기생 소자는 회로 보드(Hpar) 위에, 안테나 방사체가 배치되어 있는 회로 기판(Hant) 위의 간격보다 더 큰 간격을 두고 위치될 수 있다.
방사 구조는, 당 업계에 공지된 절연 자기 쌍극자(IMD) 안테나, 평면 역 F-안테나(PIFA), 다이폴, 모노폴, 루프, 미앤더라인(meanderline) 또는 다른 안테나를 포함할 수 있다. 이와 관련하여, IMD 안테나는 좀 더 나은 분리를 제공할 수 있으며, 따라서 엄격한 볼륨 요건이 존재하는 애플리케이션이나 안테나가 다른 회로를 공유하는 작은 볼륨 내에 잘 맞아야 하는 애플리케이션에 바람직할 수 있다.
또한, 안테나 방사 구조, 제1 기생 소자, 및 제2 기생 방사 소자는 적어도 부분적으로 접지면 상에 배치될 수 있다. 대안적으로, 접지 접속은 접지면을 대체할 수 있다. 하나 이상의 슬롯이 접지면 내에 에칭될 수 있거나, 접지면의 일부가 제거될 수 있다.
특정 실시 형태에서, 안테나 시스템은 하나 이상의 능동 소자 및 부착된 기생 소자의 기능을 제어하기 위한 프로세서 또는 CPU를 포함할 수 있다. 기저 대역 신호가 상기 프로세서에 제공될 수 있고, 프로그램에 따라 하나 이상의 능동 소자 및 부착된 기생 소자에 전달될 수 있다. 이와 관련하여, 하나 또는 그 이상의 알고리즘이 안테나에 다수의 기능을 제공하도록 프로그램될 수 있다. 또한, 프로세서는 각각의 기생 소자를 구성하는 반응성 로딩의 동적 조정을 위한 메커니즘을 제공한다. 모달 안테나의 동적 조정은 향상된 스루풋과 성능을 제공한다.
본 발명의 또 다른 측면은 다이버시티 애플리케이션을 위한 모달 안테나를 설계하기 위한 방법에 관한 것이다. 이 방법은 회로 기판 위에 위치하고 그와의 사이에 안테나 볼륨을 형성하는 안테나 방사 구조를 제공하는 단계; 원하는 주파수 대역에서의 동작을 위해 안테나를 구성하기 위해 안테나 볼륨 내의 제2 기생 소자의 위치 및 방향을 최적화하는 단계; 및 유용한 방사 패턴 영향을 제공하기 위해 제2 기생 소자의 거리와 방향을 최적화하는 단계를 포함하는데, 여기서 상기 안테나는 기생 소자들의 결합된 사용으로 원하는 주파수 대역에서 동작할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면은, 널 스티어링된 안테나 및 추가 다이버시티 포트를 제공하기 위한 추가 안테나를 포함하는 다이버시티 애플리케이션에 적합한 모달 안테나를 설계하기 위한 방법에 관한 것이다. 이 방법은 회로 기판 위에 위치하고 그와의 사이에 안테나 볼륨을 형성하는 제1 안테나 방사 구조를 제공하는 단계; 원하는 주파수 대역에서의 동작을 위해 안테나를 구성하기 위해 안테나 볼륨 내의 제2 기생 소자의 위치 및 방향을 최적화하는 단계; 및 유용한 방사 패턴 영향을 제공하기 위해 제2 기생 소자의 거리와 방향을 최적화하는 단계를 포함하는데, 여기서 상기 안테나는 기생 소자들의 결합된 사용으로 원하는 주파수 대역에서 동작할 수 있다. 제2 안테나가 제1 안테나로부터 거리를 두고 위치한다. 널 스티어링된 안테나는 다수의 안테나 모드를 제공하고, 제2 안테나는 추가적인 다이버시티 수신기 포트를 위한 추가적인 수신 경로를 제공한다.
본 발명의 또 다른 측면은, 널 스티어링된 수신 다이버시티 구성에 대해 안테나 효율 및 포락선 상관 계수(ECC)를 다이버시티 이득에 관련시키는 데이터베이스의 작성에 관한 것이다. 이러한 데이터베이스는 상기 무선 장치에 있는 메모리에 로딩될 수 있고 수신 다이버시티 안테나 구성의 효율성과 ECC를 최적화함으로써 수신 성능을 동적으로 조정 및 개선하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 데이터베이스는, 사용자의 손에, 사용자의 머리에 가까이, 또는 테이블과 같은 표면에 위치하는 무선 장치 등 여러 사용 사례에 대한 수신 다이버시티 안테나 시스템의 성능을 나타내기 위해 생성될 수도 있고; 이러한 사용 사례들은, 예를 들면, 휴대 전화에 설치된 다이버시티 안테나 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 측면은, 데이터 스루풋 및/또는 수신 시스템의 감도를 최적화하기 위해 시스템 수신 성능을 모니터링하고 널 스티어링된 안테나를 조정하는 안테나 효율 및 ECC 데이터를 포함하는 데이터베이스로 개발되고 구현된 알고리즘에 관한 것이다. 알고리즘은, 시스템 데이터 스루풋이 모니터되고 일련의 사전 조정 명령이 널 스티어링된 다이버시티 안테나의 능동 소자에 공급되어 안테나 파라미터(효율 및 ECC)를 조정하여 스루풋을 최적화시키도록 개발될 수 있다.
알고리즘은, 근접 센서와 같은 무선 장치 상의 센서로부터의 입력이 분석되고, 널 스티어링된 안테나 스루풋 성능을 최적화하도록 조정 명령을 선택하기 위해 사용될 수 있도록 구현될 수 있다. 근접 또는 다른 센서는, 무선 장치가 사용자의 손에, 사용자의 머리에 가까이, 기준 방향에 관하여 특정 각도 또는 방향에 있을 때 무선 장치가 동작하는 환경을 결정하기 위해 사용된다. 바디 로딩 및 편광 효과는 널 스티어링된 안테나 아키텍처에서 사용 가능한 동적 조정에 대해 보상될 수 있다.
발명은 첨부된 도면과 관련하여 다음의 상세한 설명의 검토시에 더 이해될 수 있다:
도 1(a)는 최소 평균 제곱 오차 결합(MMSE)에 적합한 2개의 안테나를 갖는 안테나 다이버시티 방식을 도시한다.
도 1(b)는 2개의 안테나 및 최대 비율 결합(MRC)을 위한 결합기를 갖는 안테나 다이버시티 방식을 도시한다.
도 2(a)는 단일 방사체, 제1 기생 소자 및 제2 기생 소자를 포함하는 널-스티어링 안테나를 도시한다.
도 2(b)는 도 2(a)에 따른 안테나의 다양한 안테나 모드에 따른 주파수 특성 플롯을 도시한다.
도 2(c)는 도 2(a)의 안테나와 연관된 제1 안테나 모드에 의해 특징지어진 방사 패턴을 도시한다.
도 2(d)는 도 2(a)의 안테나와 연관된 제2 안테나 모드에 의해 특징지어진 방사 패턴을 도시한다.
도 3(a)는 본 발명의 실시 형태에 따른 다이버시티 애플리케이션에 적합한 널-스티어링 안테나의 개략도를 도시한다.
도 3(b)는 도 3(a)에 도시된 실시 형태에 따른 다이버시티 애플리케이션에 적합한 널-스티어링 안테나의 예를 도시한다.
도 4(a)는 도 3(b)의 안테나에 따른 제1 안테나 모드에 의해 특징지어진 반사 손실의 플롯을 도시하고; 상기 제2 기생 소자는 개방 회로 구성이다.
도 4(b)는 도 3(b)의 안테나에 따른 제1 안테나 모드에 의해 특징지어진 효율성 플롯을 도시한다.
도 4(c)는 도 3(b)의 안테나에 따른 제2 안테나 모드에 의해 특징지어진 반사 손실의 플롯을 도시하고; 상기 제2 기생 소자는 단락된다.
도 4(d)는 도 3(b)의 안테나에 따른 제2 안테나 모드에 의해 특징지어진 효율성 플롯을 도시한다.
도 4(e)는 도 4(a)-4(d)에 설명된 제1 및 제2 모드에 관한 효율성과 상관 계수의 결합된 플롯을 도시한다.
도 5는 다이버시티 애플리케이션에 적합한 도 3(b)의 널-스티어링 안테나의 다른 실시 형태를 도시하고; 제1 및 제2 기생 소자들은 서로에 대해 대향하는 정렬 방식으로 배치된다.
도 6은 도 3(b) 및 도 5의 널-스티어링 안테나의 다른 실시 형태를 도시하고; 안테나는 기생 소자를 제어하기 위한 공통의 능동 소자를 포함한다.
도 7은 다이버시티 애플리케이션에 적합한 동적 널-스티어링 안테나를 도시하고; 안테나는 다수의 안테나 모드를 통해 안테나의 주파수 응답을 조정하기 위해 조정 가능한 반응성 로딩을 제공하는 능동 소자 및 부착된 기생 소자에 연결된 프로세서를 포함한다.
도 8은 다이버시티 애플리케이션에 적합한 널-스티어링 안테나의 동적 로딩에 의해 제공된 성능 개선을 도시하는 도면이다.
도 9는 도 3(b)의 안테나에 따라 경험된 2개의 안테나 모드 각각에 따른 3-차원의 방사 패턴을 도시한다.
도 10은 도 3(b)의 안테나에 따라 경험된 2개의 안테나 모드 각각에 따른 2-차원의 방사 패턴을 도시한다.
도 11은 도 3(b)의 안테나에 따라 경험된 2개의 안테나 모드 각각에 따른 2-차원의 방사 패턴을 도시한다.
도 12는 사용자의 손에, 사용자의 머리에 가까이, 또는 목재, 금속, 또는 플라스틱 표면에 휴대 장치가 위치하는 것과 같이, 광범위한 환경 조건에서 안테나 성능을 최적화하기 위한 추가 기능을 제공하기 위해 2개의 추가적인 기생 소자가 구현되는 다이버시티 애플리케이션에 적합한 동적 널-스티어링 안테나를 도시한다. 안테나는 다수의 안테나 모드를 통해 안테나의 주파수 응답을 조정하기 위한 조정 가능한 반응성 로딩을 제공하는 능동 소자 및 부착된 기생 소자에 연결된 프로세서를 포함한다.
도 13은 송신 및 수신 다이버시티 애플리케이션 모두에 적합한 동적 널-스티어링 안테나를 도시한다. 통신 링크 품질과 관련된 메트릭은 모바일 디바이스에서 수신되고, 어느 안테나 방사 패턴 상태가 최적인가를 결정하는데 사용된다.
도 14는 선택 결합 수신 다이버시티 방식에 사용된 안테나들의 수의 함수로서 수신 신호 레벨의 증가를 도시한다. 수신 신호 레벨은 확률 분포 함수에 대비해서 도시된다.
도 15는 2개 안테나 다이버시티 방식에 대한 안테나 효율, 포락선 상관 계수 및 다이버시티 이득 간의 관계를 도시한다. 착색 윤곽은 일정한 다이버시티 이득의 영역이다. 안테나 효율 및 ECC의 이러한 플로팅은 다이버시티 안테나 방식을 설계 및/또는 동적으로 조정하는 데 필요한 정보를 제공한다.
다음의 설명에서, 제한이 아닌 설명의 목적을 위해, 세부 사항 및 설명은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해 설명된다. 그러나, 본 발명은 이러한 세부 사항 및 설명으로부터 벗어난 다른 실시 형태에서 실시될 수 있음은 본 분야의 숙련자에게 명백할 것이다.
다수의 공진 주파수를 갖는 보다 효율적인 안테나를 설계하기 위한 한가지 솔루션은, Isolated Magnetic Dipole™(IMD: 절연 자기 쌍극자)이 그 IMD 아래에 위치하는 복수의 기생 및 능동 조정 소자들과 결합하는, 공동 소유의 미국 특허 제7,830,320호에 개시되어 있다. 그러나, 무선 장치와 애플리케이션의 새로운 세대의 출현으로, 빔 스위칭, 빔 스티어링, 공간 또는 편광 안테나 다이버시티, 임피던스 정합, 주파수 스위칭, 모드 스위칭 등의 추가 기능은, 콤팩트하고 효율적인 안테나 구조를 이용하여 통합될 필요가 있다. 본 발명은 다이버시티 애플리케이션에 걸쳐서 널-스티어링 및 주파수 조정 기능을 갖는 좀 더 효율적인 안테나를 생성하기 위해 현재의 안테나 설계의 결함을 해결한다.
모달 안테나
도 2(a-d)를 참조하면, 모달 안테나가 제공된다. 도 2(a)는 접지면(56) 상에 위치하는 IMD 소자(51), 능동 소자(53)와 결합된 제2 기생 소자(52), 및 제2 능동 소자(55)와 결합된 제1 기생 소자(54)를 도시한다. 이러한 예시적 실시 형태에서, 능동 소자(53 및 55)는 접지에 제1 및 제2 기생 소자를 전기적으로 접속(단락)시키거나 분리(개방)시키는 2개의 상태 스위치를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 기생 소자를 결합하여, 안테나(50)는 바람직하게는 전자의 주파수 스플릿 및 널-스티어링 기능과 후자의 주파수 시프팅 기능을 제공할 수 있다.
도 2(b)는 3가지 다른 상태로 도 2(a)에 도시된 안테나(50)의 예시적인 실시 형태와 연관된 주파수 특성(59)을 도시한다. 제1 상태는, 공진 주파수 f0로 이어지는, 제1 및 제2 기생 소자(52 및 54)가 모두 개방될 때 얻어진, 간단한 IMD의 주파수 특성(57)으로서 도시된다. 제2 상태는, 제1 기생 소자(54)가 스위치(55)를 통해 접지에 단락될 때 얻어진, 도 2(a)의 안테나(50)와 관련된 주파수 시프트 특성(58)으로서 도시된다. 제3 상태는, 제1 및 제2 기생 소자(52 및 54) 모두가 스위치(53 및 55)를 통해 접지에 단락될 때 얻어진, 공진 주파수 f4 및 f0를 갖는 이중 공진 주파수 특성(59)으로서 도시된다. 이러한 조합은, 공통 주파수 f0를 갖는 2개의 상이한 동작 모드를 가능하게 한다. 이와 같이, 이러한 널-스티어링 등의 동작은 도 2의 예시적인 구성을 이용하여 용이하게 실행될 수 있다.
이러한 널-스티어링 기술은 널의 방향으로 몇 dB 신호 개선을 가져온다는 것이 확인되었다. 도 2(c)는, 제1 상태(전체 개방)(도 2(d)에 도시)의 도 2(a)의 안테나(50)의 방사 패턴(61)에 비해 90도의 방향 시프트를 보여주는 제3 상태(전체 단락)의 도 2(a)의 안테나(50)와 연관된 주파수 f0에서의 방사 패턴을 도시한다. 상술한 바와 같이, 방사 패턴의 이러한 시프트는 능동 소자(53)를 이용하여, 기생 소자(52)의 제어를 통해 안테나 모드를 제어(예를 들어, 전환)함으로써 쉽게 달성될 수 있다. 별도의 능동 조정 기능을 제공함으로써, 2가지 상이한 모드의 동작은 동일한 주파수에서 달성될 수 있다. 이러한 형태의 널-스티어링 안테나는 또한, 공통 소유의 미국 일련 번호 제12/043,090호에 기재되어 있다.
본 발명의 목적을 위해, 제1 상태의 안테나(전체 개방)는 이하 "제1 안테나 모드"로 설명될 수 있다. 제1 안테나 모드에서는, 안테나는 제1 및 제2 기생 소자가 모두 개방(접지로부터 분리)될 때 단일 공진을 나타낸다. 또한, 본 발명의 목적을 위해, 제3 상태(전체 폐쇄)는 이하, 안테나의 "제2 안테나 모드"로 설명될 수 있다. 제2 안테나 모드에서, 안테나는 2개의 안테나 모드 간에 공통 주파수 대역에 걸친 동작을 위해 안테나를 적응시키기 위해서 주파수 축을 따라 시프트된 스플릿 공진 특성을 나타낸다. 그러나, 각각의 안테나 모드의 방사 패턴이 유일하고, 따라서 안테나가 널 스티어링에 적합하다는 점에 유의해야 한다.
IMD-형 모달 안테나가 설명되지만, 이는 활성 모달 안테나를 형성하기 위해 능동적으로 조정 가능한 기생 소자와 결합된 임의의 안테나 방사체가 유사하게 사용될 수 있음을 주목해야 한다. 이와 관련하여, 임의의 모달 안테나가, 제한 없이, 기재된 예와 유사한 방식으로 구현될 수 있다.
단일 주파수에서 수신 다이버시티 애플리케이션에 적합한 모달 안테나
추가적인 설계, 회로, 및 하드웨어로 인해, 상술한 모달 안테나는 다이버시티 애플리케이션에 적합하게 되었고 출원인은 여기에서 설명된 기능적 모델을 성공적으로 개발하였다. 안테나 다이버시티에 대한 이러한 별개의 접근 방식으로, 단일 방사체가 다이버시티 신호 처리를 할 수 있고, 무선 통신 장치 내의 전력 감소 요건 및 더 작은 폼 팩터를 제공하도록 적응된다.
본원에 개시된 특정 실시 형태에서, 능동 소자는 다음에서 임의의 것을 포함할 수 있다: 스위치, 전압 제어 가변 커패시터, 전압 제어 가변 위상 시프터, 버 랙터 다이오드, PIN 다이오드, MEMS 스위치, MEMS 가변 커패시터, BST 가변 커패시터, 및 FET.
이제, 도 3(a-b)를 참조하면, 다이버시티 애플리케이션에 적합한 모달 안테나 시스템이 제공된다. 도 3(a)에 예시된 바와 같이, 본 발명의 한 실시 형태에 따른 일반적인 개략도는, 민감한 수신기 부품의 손상을 방지하기 위해 필요한 경우 듀플렉서를 통해, 수신기 및 송신기 중 적어도 하나와 통신하는 단일 안테나 방사체를 제공한다. 안테나 방사체는 또한, 기저 대역 제어 신호에 연결되어, 다이버시티 처리를 위한 제어 메커니즘을 제공한다.
안테나 시스템은 또한, 도 3(b)의 실시 형태에 도시되어 있는데, 상기 안테나 시스템은 회로 기판 위에 배치되고 그와의 사이에 안테나 볼륨을 형성하는 안테나 방사체를 포함한다. 제1 기생 소자가 상술한 바와 같이 주파수 시프팅 기능을 제공하기 위해 안테나에 반응적으로 결합하기에 충분히 가깝게 안테나 볼륨 내에 위치하고, 제1 기생 소자는 본원에서는 주파수 시프팅 도체 또는 조정 도체로서 지칭될 수 있다. 제2 기생 소자가 안테나 방사 패턴 특성에 영향을 주기에 충분한 근접도를 유지하면서 안테나 볼륨 외부에 및 안테나 방사체에 인접하여 위치하고 그리고 반응성 결합을 최소화하기 위해 충분히 멀리 떨어져 배치되며, 상기 제2 기생 소자는, 방사 패턴의 위상을 시프트하도록 작용하기 때문에 대안적으로는 시프팅 도체로서 지칭될 수 있다.
수신 다이버시티 방식에서는, 도 3(b)에 도시된 안테나는, 상술한 바와 같이, 제1 안테나 모드(제1 및 제2 기생 소자는 접지로부터 분리)와 제2 안테나 모드(제2 기생 소자는 단락) 사이의 전환하도록 적응된다. 한 실시 형태에서, 수신기는 결정된 임계치 이하로 신호가 페이드될 때까지 연장된 기간 동안 제1 안테나 모드에서 동작하는 안테나로부터 신호를 수신하도록 적응되며, 상기 안테나는 강건한 링크를 유지하기 위해 이러한 신호 페이드 시에 제2 안테나 모드에서의 동작으로 전환하도록 적응된다.
제1 기생 소자는 제1 및 제2 안테나 모드 양쪽에서 개방 상태를 유지하는 것으로 설명되어 있지만, 제1 기생 소자를 분리하도록 안테나를 구성할 수 있다. 주파수 응답의 동적 조정이 요구되는 경우, 기저 대역 제어 신호에 제1 기생 소자를 연결하는 스위칭 구성 요소 대신에 가변 커패시터를 삽입하여 가변 리액턴스를 제공하는 것이 바람직할 수 있다.
대표적인 도시가 IMD 안테나 방사체를 묘사하더라도, 평면 역 F-안테나(PIFA), 미앤더 라인, 또는 다른 안테나 방사체가 마찬가지로 모달 다이버시티 애플리케이션에 대해 구성될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
도 4(a-e)는 또한, 도 3(a-b)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 적어도 한 실시 형태에 따른 수신 다이버시티에 적합한 널-스티어링 안테나의 반사 손실과 효율성을 도시한다. 상술한 바와 같은 제1 안테나 모드에서는, 제1 및 제2 기생 소자는 접지로부터 분리되고, 최종 반사 손실과 효율성 플롯은 도 4a 및 4b에 의해 표현된다. 마찬가지로, 상술한 바와 같은 제2 안테나 모드에서는, 제2 기생 소자는 단락되어, 안테나의 전류 모드를 변경하고, 그 방사 패턴을 변경한다. 도 4(c-d)는, 도 3(a-b)에 설명된 바와 같이, 안테나의 제2 안테나 모드에 따른 반사 손실과 효율성 플롯을 나타낸다. 도 4e는 제1 및 제2 형태 모두에 따른 안테나의 효율성과 상관 계수를 나타낸다.
도 5에 더 도시된 본 발명의 다른 실시 형태에서, 모달 안테나는 방사 구조의 볼륨 내에 위치한 제1 기생 소자, 및 방사 구조의 볼륨의 외부에 및 그에 인접하여 위치한 제2 기생 소자를 포함한다. 기생 소자들의 각각은 개별적으로 스위치, 가변 커패시터 또는 다른 능동 소자 등의 능동 소자에 접속된다. 능동 소자 및 부착된 기생 소자들의 각각은 기저 대역 제어 신호에 의해 제어된다. 제1 기생 소자는 실질적으로 상기 안테나의 볼륨 내에 포함되고 실질적으로 그와 평행하게 정렬된다. 제2 기생 소자는 제1 기생 소자에 대해 대향 방향으로 배향되어 있다. 이와 관련하여, 제1 및 제2 기생 소자들은 여러 모드에 걸쳐 방사 패턴의 이상적인 변화에 대비하도록 개별적으로 정렬될 수 있다. 제1 및 제2 기생 소자들의 정렬은 도 5에 도시된 실시 형태에 한정되지 않고, 실제로는 여러 안테나 모드에 걸쳐 최적의 방사 패턴 특성을 위해 설계될 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 특정 실시 형태에서, 단일 능동 소자가 이용될 수 있다. 여기서, 방사체와 회로 기판 사이에 연결된 안테나 볼륨을 갖는 안테나 방사체를 포함하는 모달 안테나가 제공된다. 제1 기생 소자가 안테나 볼륨 내에 위치한다. 제2 기생 소자가 안테나 볼륨의 외부에 있지만 방사체에 인접하여 위치한다. 능동 소자가 기생 소자들 둘 다를 접지 접속 또는 조정 회로 등, 공통 접속부에 접속한다. 기저 대역 신호가 안테나의 동적 제어를 위해 능동 소자에 제공된다. 이와 관련하여, 기생 소자는 기저 대역 신호에 따라 온/오프 전환하도록 적응된다.
본 발명의 다른 측면에 있어서, 프로세서가 안테나 방사 패턴의 동적 제어를 제공하기 위해 안테나 시스템에 통합될 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 모달 안테나는 회로 기판 위에 위치하고 그와의 사이에 안테나 볼륨을 형성하는 안테나 방사체를 포함한다. 제1 기생 소자가 안테나 볼륨 내에 위치한다. 제2 기생 소자가 안테나 볼륨 외부에 및 방사 구조에 인접하여 위치한다. 기생 소자들의 각각은 개별적으로 능동 소자에 부착된다. 능동 소자들의 각각은 또한 상기 프로세서에 연결되어 그로부터 기저 대역 신호를 수신하도록 적응된다. 안테나 방사체는 또한 민감한 수신기 구성 요소를 보호하기 위해 듀플렉서에 접속될 수 있고, 수신기 및 송신기는 듀플렉서에 결합된다. 이와 관련하여, 프로세서가 기생 소자의 능동 소자들 각각에 송신된 신호들을 제어하여 온/오프 전환하거나 이들의 리액턴스를 변화시킬 수 있다.
도 8은 또한 도 7의 안테나 시스템, 및 안테나의 다양한 모드에 대한 상관 계수의 최종 변화를 도시한다. 여기서, 기생 소자들의 각각에 대한 반응성 로딩의 동적 조정이 여러 모드에 걸쳐 안테나 상관 계수의 대응하는 동적 조정을 제공한다. 이러한 기술은 향상된 스루풋 성능에 대비한다.
도 9는 상술한 바와 같이 제1 모드 및 제2 모드에 따른 도 7의 안테나와 관련된 방사 패턴의 3-차원적 표현을 도시한다.
도 10은, 2 상태 널 스티어링된 안테나 구성으로 실현될 수 있는 방사 패턴 형상의 변화를 도시한다. 2차원 방사 패턴은 한쪽의 주 면에 방사 필드 성분을 나타내고 있다. 청색과 녹색 트레이스는 방사 필드의 직교 선형 성분이며, 적색 트레이스는 결합된 방사 필드를 나타낸다. 모드 2가 구현될 때 모드 1의 녹색 트레이스의 3개의 널 영역 중 2개가 채워지면서 청색 트레이스의 널 위치는 모드 1과 2 사이에서 135도만큼 회전한다.
도 11은 제2 주 면의 2 상태 널 스티어링된 안테나 구성으로 실현될 수 있는 방사 패턴 형상의 변화를 도시한다. 이러한 평면에서, 편광에서의 실질적인 변화는 모드 1과 모드 2의 방사 패턴을 비교할 때 볼 수 있다.
도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시 형태에서, 다수의 기생 소자가 안테나에 통합될 수 있다. 여기서, 상기 다수의 기생 소자들의 각각은 안테나의 동적 조정을 위해 프로세서에 접속된다. 하나 이상의 기생 소자는 기저 대역 제어 신호에 따라 상기 프로세서에 의해 조절될 수 있다. 복수의 기생 소자가 전체 안테나 시스템에 다양한 로딩 효과 및 상관성 관리를 제공할 수 있다.
단일 주파수에서 송신 다이버시티 애플리케이션에 적합한 모달 안테나
다른 실시 형태에서, 안테나는 단일 주파수 대역에서 송신 다이버시티를 위해 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 송신 상태는 마찬가지로 다수의 안테나 모드에서의 동작에 적합한 단일 방사체를 제공함으로써 다양화될 수 있다. 본질적으로, 송신 다이버시티는 수신 다이버시티 아키텍처와 유사한 것이다.
단일 주파수에서 송신/수신 다이버시티에 적합한 모달 안테나
도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 측면에서, 모달 안테나가 송신/수신 다이버시티에 적합하다. 안테나는 회로 기판 위에 위치하고 그와의 사이에 안테나 볼륨을 형성하는 방사체 요소를 포함한다. 제1 기생 소자가 안테나의 볼륨 내에 배치되고, 제2 기생 소자가 안테나 볼륨 외부에 및 그에 인접하여 위치한다. 안테나의 기생 소자들의 각각은 능동 소자와 결합된다. 능동 소자는 프로세서와 통신하고 있다. 안테나는 또한 듀플렉서 또는 유사한 구성 요소를 통해 송신기와 수신기에 연결된다. 추가적인 제어 신호가 통신 링크의 다른 측으로부터 요구되며, 셀룰러 애플리케이션의 경우에 이것은 기지국이다. 이러한 제어 신호는, 통신 링크 품질의 척도인 메트릭을 제공하고; 이것은 비트 에러율(BER), 신호 대 잡음 비(SNR), 또는 스루풋일 수 있다. 수신 다이버시티 안테나 시스템에 송신 주파수를 통합하기 위해, 주파수의 함수로서 안테나 소자/오프셋 기생 쌍을 최적화하기 위해 하나 또는 양쪽 기생 소자에 가변 리액턴스가 요구될 수 있다.
안테나 볼륨 내의 단일 기생 소자 및 안테나로부터 오프셋된 단일 기생 소자를 갖는 것으로 예시했지만, 도 13의 안테나는 안테나 시스템의 최적의 방사 특성을 유도하기 위해 다양한 위치 및 방향에 배치된 다수의 기생 소자를 포함하도록 변형될 수 있다. 또한, 기생 소자들의 각각은 회로 기판으로부터 별개의 높이 또는 거리를 두고 배치될 수 있다.
특정 실시 형태에서, 스위치, 전압 제어 가변 커패시터, 전압 제어 가변 위상 시프터, 버랙터 다이오드, PIN 다이오드, MEMS 스위치, MEMS 가변 커패시터, BST 가변 커패시터 및 FET 등의 다양한 능동 소자가 다수의 주파수 대역에 걸쳐 조정을 제공하기 위해 상기 널-스티어링 안테나와 함께 구현될 수 있다.
본 발명의 특정 실시 형태에서, 방사 구조가 적어도 부분적으로는 접지면 위에 배치될 수 있다. 다른 실시 형태에서, 접지면은 안테나 방사체의 아래에 필요하지 않다. 접지면이 안테나의 아래에 위치하는 것이 선택적이지만, 접지면 위에 절연 자기 쌍극자를 사용할 시에 특정 실시 형태는 감소된 프린징 필드로부터 혜택이 있을 수 있다.
다른 특정 실시 형태에서, 프로세서가 안테나의 동적 제어를 위해 포함될 수 있다. 프로세서는 안테나 성능을 제어하기 위한 하나 이상의 알고리즘으로 미리 프로그래밍될 수 있다. 예를 들어, 프로세서는 기저 대역 제어 신호에 따라 제1 능동 소자를 온 또는 오프로 전환할 수 있다. 대안적으로, 프로세서 및 기저 대역 제어 신호에 따라 하나 또는 그 이상의 도체에 리액턴스가 제공될 수 있다. 이와 관련하여, 프로세서는 안테나 성능에 대해 다수의 계층 제어(multi-tier control) 및 다양성을 제공한다.
또 다른 실시 형태에서, 알고리즘이 기저 대역 프로세서에 상주하기 위해 제공되는데, 여기서 수신 신호 성능 메트릭은 양쪽 안테나 모드에 대해 샘플링되고, 하나 또는 둘 다의 제1 및 제2 기생 소자에 접속된 능동 구성 요소에 의해 발생된 리액턴스는 수신 성능을 개선하도록 조절된다. 수신 안테나로서 사용하기 위한 모드로 전환하기 이전에 수신 성능을 향상시키기 위해, 사용하지 않는 모드 또는 비활성 모드에서의 연속 구간들 중에 연속 리액턴스 값들이 샘플링된다.
도 14는 선택 결합 수신 다이버시티 방식에서 사용된 안테나들의 수의 함수로서 수신 신호 레벨의 증가를 도시한다. 선택 결합 다이버시티 방식의 수신 성능은 다수의 안테나 N의 함수로서 표현된다. 수신 신호 레벨은 확률 분포 함수에 대비해 도시된다.
도 15는 2개의 안테나 다이버시티 방식에 대한 안테나 효율성, 포락선 상관 계수 및 다이버시티 이득 간의 관계를 도시한다. 포락선 상관 계수와 안테나 효율성 간의 관계; 즉 착색 윤곽은 동일한 다이버시티 이득의 영역이다. 음영 윤곽은 일정한 다이버시티 이득의 영역이다. 안테나 효율 및 ECC의 이러한 플로팅은 다이버시티 안테나 방식을 설계 및/또는 동적으로 조정하는 데 필요한 정보를 제공한다.

Claims (17)

  1. 다이버시티 애플리케이션을 위한 모달 안테나를 설계하는 방법으로서,
    회로 기판 위에 배치되고 그와의 사이에 안테나 볼륨을 형성하는 안테나 방사체를 제공하는 단계;
    상기 안테나의 리액턴스를 변화시키기 위해 제1 능동 소자에 부착된 제1 기생 소자를 상기 안테나 볼륨 내에 위치시키는 단계;
    제2 기생 소자를 상기 안테나 볼륨의 외부에서 상기 안테나 방사체에 인접하여 위치시키는 단계 - 상기 제2 기생 소자는 그에 대한 전류 모드를 변화시키기 위해 제2 능동 소자에 부착됨 -; 및
    상기 안테나 방사체의 적어도 2개의 상이한 안테나 모드를 인에이블하기 위해 상기 제1 및 제2 능동 소자 및 연관된 도체들을 능동적으로 구성하도록 제어 신호를 제공하는 단계 - 상기 적어도 2개의 상이한 안테나 모드는 공통 주파수를 가짐 -
    를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    원하는 주파수 대역에서의 동작을 위해 상기 안테나 방사체에 대한 상기 제1 기생 소자의 거리 및 방향을 최적화하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 안테나의 스플릿 공진 주파수 특성을 제공하기 위해 상기 안테나 방사체에 대한 상기 제2 기생 소자의 거리 및 방향을 최적화하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 안테나의 스플릿 공진 주파수 특성을 생성하기 위해 상기 제2 기생 소자를 접지에 접속하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 안테나의 상기 스플릿 공진 주파수를 시프트하기 위해 상기 제1 기생 소자의 리액턴스를 변화시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 능동 소자는 개별적으로, 스위치, 전압 제어 가변 커패시터, 전압 제어 가변 위상 시프터, 버랙터 다이오드, PIN 다이오드, MEMS 스위치, MEMS 가변 커패시터, BST 가변 커패시터 및 FET로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    제1 안테나 모드에서의 동작을 위해 상기 안테나를 적응시키는 단계를 더 포함하고,
    상기 제1 안테나 모드는 상기 제2 기생 소자가 접지로부터 분리됨으로써 달성되는, 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    제2 안테나 모드에서의 동작을 위해 상기 안테나를 적응시키는 단계를 더 포함하고,
    상기 제2 안테나 모드는 상기 제2 기생 소자가 접지에 접속됨으로써 달성되는, 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 기생 소자 및 제1 능동 소자는 빔 스티어링 기능을 제공하도록 적응되고,
    상기 제2 기생 소자 및 제2 능동 소자는 상기 안테나와 연관된 주파수 조정 기능을 제공하도록 적응되는, 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    추가적인 능동 소자가 안테나 성능을 최적화하기 위한 동적 임피던스 매칭을 제공하기 위해 상기 안테나에 결합되는, 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 안테나와 연관된 방사 패턴을 스티어링하기 위한 추가적인 제2 기생 소자를 더 포함하는 방법.
  12. 안테나 방사 구조와 연관된 방사 패턴을 변경하는 방법으로서,
    회로 기판 위에 위치한 방사 구조, 및 제2 기생 소자를 적어도 포함하는 안테나 시스템을 제공하는 단계;
    상기 안테나 시스템과 연관된 방사 패턴을 변경하기 위해 상기 제2 기생 소자에 전류 모드를 유도하는 단계; 및
    상기 안테나 방사 구조의 적어도 2개의 상이한 안테나 모드를 인에이블하기 위해 제2 능동 소자 및 연관된 도체들을 능동적으로 구성하도록 제어 신호를 제공하는 단계 - 상기 적어도 2개의 상이한 안테나 모드는 공통 주파수를 가짐 -
    를 포함하는, 방법.
  13. 다중 대역 동작 및 널-스티어링을 위해 적응된 안테나 시스템으로서,
    회로 기판 위에 위치하고 그와의 사이에 제1 안테나 볼륨을 형성하는 제1 방사 구조, 상기 제1 안테나 볼륨 내부에 위치하는 제1 기생 소자, 및 상기 제1 안테나 볼륨 외부에서 상기 제1 방사 구조에 인접하여 위치하는 제2 기생 소자를 포함하는 제1 널-스티어링 안테나;
    상기 제1 널-스티어링 안테나의 적어도 2개의 상이한 안테나 모드를 인에이블하기 위해 제1 및 제2 능동 소자 및 연관된 도체들을 능동적으로 구성하기 위해 제어 신호를 제공하도록 구성된 제1 프로세서 - 상기 적어도 2개의 상이한 안테나 모드는 제1 공통 주파수를 가짐 -;
    회로 기판 위에 위치하고 그와의 사이에 제2 안테나 볼륨을 형성하는 제2 방사 구조, 상기 제2 안테나 볼륨 내부에 위치하는 제3 기생 소자, 및 상기 제2 안테나 볼륨 외부에서 상기 제2 방사 구조에 인접하여 위치하는 제4 기생 소자를 포함하는 제2 널-스티어링 안테나; 및
    상기 제2 널-스티어링 안테나의 적어도 2개의 상이한 안테나 모드를 인에이블하기 위해 제3 및 제4 능동 소자 및 연관된 도체들을 능동적으로 구성하기 위해 제어 신호를 제공하도록 구성된 제2 프로세서 - 상기 2개의 상이한 안테나 모드는 제2 공통 주파수를 가짐 -
    를 포함하고,
    상기 제1 널-스티어링 안테나는 1710 내지 1755 MHz의 범위의 AWS 주파수 대역의 송신 대역에 최적화되고;
    상기 제2 널-스티어링 안테나는 2110 내지 2155 MHz의 범위의 AWS 주파수 대역의 수신 대역에 최적화되어 있는, 안테나 시스템.
  14. 안테나 시스템으로서,
    회로 기판 위에 위치하고 그와의 사이에 안테나 볼륨을 형성하는 방사 구조;
    상기 안테나 볼륨 내에 위치하고 제1 능동 소자와 연관되어 있는 제1 기생 소자;
    상기 안테나 볼륨의 외부에서 상기 방사 구조에 인접하여 위치하고, 제2 능동 소자와 연관되어 있는 제2 기생 소자; 및
    상기 제1 및 제2 능동 소자와의 통신을 위해 적응된 프로세서를 포함하고,
    상기 프로세서는 상기 방사 구조의 적어도 2개의 상이한 안테나 모드를 인에이블하기 위해 제어 신호를 수신하고 상기 제1 및 제2 능동 소자를 능동적으로 제어하도록 적응되어 있는 - 상기 적어도 2개의 상이한 안테나 모드는 제2 공통 주파수를 가짐 -, 안테나 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 프로세서는 다수의 안테나 모드와 연관된 수신 신호 성능 메트릭을 샘플링하도록 적응된 알고리즘을 포함하는, 안테나 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 기생 소자의 상기 능동 소자들 중 적어도 하나에 의해 발생된 리액턴스가 수신 성능을 향상시키기 위해 조정되는, 안테나 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    수신 안테나로서 사용하기 위한 비활성 모드를 활성화하기 전에 수신 성능을 향상시키기 위해 상기 비활성 모드에서의 연속 구간들 중에 연속 리액턴스 값들이 샘플링되는, 안테나 시스템.
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